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2010年, 第27卷, 第6期
刊出日期：2010-11-25 上一期    下一期
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综述

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粒子输运蒙特卡罗模拟现状概述 邓力, 李刚 2010, 27(6): 791-798.  摘要 ( )   PDF(475KB) ( )   蒙特卡罗(MC)方法发展已有60多年历史,广泛应用于核科学及相关领域.MC方法超强的几何处理能力,使用精密的连续点截面参数,能够模拟各种复杂几何系统内的中子、光子、电子、α粒子、质子及其耦合输运问题.随着计算机的快速发展,通过大规模并行计算,MC方法及程序已成为模拟各种粒子输运问题的首选工具.

研究论文

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CFBR-Ⅱ堆增殖反应性转换系数计算 尹延朋, 郑春, 黄坡 2010, 27(6): 799-804.  摘要 ( )   PDF(286KB) ( )   CFBR-Ⅱ堆增殖反应性转换系数是利用源倍增方法获取次临界反应性的关键参数,该参数在多次标定实验中数值不同,为了解释该现象,从输运方程出发,对中子源倍增方法增殖反应性转换系数进行推导;针对不同反应性的CFBR-Ⅱ堆,采用蒙特卡罗方法,对表达式中的每个参量进行计算,得到不同反应性下的增殖反应性转换系数.通过分析得出,增殖反应性转换系数取决于缓发中子份额、外源中子的相对价值、增殖系统和替代系统的泄露几率比及探测器的探测效率比;CFBR-Ⅱ堆增殖反应性转换系数不是常数,而是随反应性变化的.

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混合模拟方法模拟电子在固体表面的背散射 卓俊, 黄流兴, 牛胜利, 朱金辉 2010, 27(6): 805-810.  摘要 ( )   PDF(291KB) ( )   将电子输运的直接模拟方法和压缩历史方法相结合,建立能量为50 eV~1 GeV范围的电子在介质中输运的混合模拟蒙特卡罗方法.通过调整散射角参数和损失能量参数控制单次碰撞发生的次数,输运过程中单次碰撞采用直接模拟,在两次直接碰撞之间使用压缩历史方法模拟发生的多次小碰撞过程.利用该方法模拟电子在固体表面的背散射过程,探讨不同计算参数对计算效率和结果的影响,计算不同能量电子在固体表面的背散射系数和出射电子能量分布,计算结果与实验数据符合较好.

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低能电子在水中的弹性散射 谭震宇, 张黎明, 高洪霞 2010, 27(6): 811-815.  摘要 ( )   PDF(227KB) ( )   基于平均散射截面概念,结合Mott截面,计算E≤10 keV范围低能电子在水中弹性散射的微分散射截面、总散射截面及弹性散射角概率分布,与应用Rutherford模型的计算结果及实验结果符合较好.在此基础上,给出一个低能电子在水中弹性散射的模拟方法,既严格可靠,又能够方便地应用于低能电子在水中径迹结构的模拟.

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粒状磷光增感屏点扩展函数的蒙特卡罗研究 彭现科, 许海波 2010, 27(6): 816-822.  摘要 ( )   PDF(359KB) ( )   磷光增感屏的内禀性质对磷光增感屏的成像性能影响很大.基于米氏(Mie)散射理论,计算得到磷光增感屏在不同颗粒尺寸和不同颗粒堆积密度情况下的散射系数和吸收系数.然后利用Monte Carlo(MC)方法模拟了可见光光子在磷光增感屏Gd2O2S:Tb(GOS)内的散射和吸收事件,得到磷光增感屏内不同位置处的可见光收集效率.利用MCNP程序模拟X射线束在磷光增感屏内的能量沉积分布,得到了金属-磷光增感屏总的点扩展函数(PSF).结果表明,在兆伏X射线成像系统中,使用小颗粒尺寸和高堆积密度的GOS磷光屏,可以改善增感屏系统的空间分辨率.

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Monte Carlo方法在B样条函数分频理论中的应用 王菖, 黄寒砚, 吴福强 2010, 27(6): 823-828.  摘要 ( )   PDF(284KB) ( )   针对弹道参数的B样条表示问题,运用Monte Carlo方法对B样条函数分频理论进行仿真论证,得到B样条延拓节点的补充方法,并验证B样条函数逼近空间相容性定理的正确性.比较Monte Carlo方法和B样条分频算法的计算结果,说明分频算法合理.将该算法应用于外弹道跟踪测量数据的处理中,可以确定出表示弹道所需要的样条节点个数及样条节点序列的排布,有效减少待估参数个数.

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拉氏数值模拟中的人工粘性方法 周海兵, 熊俊, 刘文韬, 张树道 2010, 27(6): 829-832.  摘要 ( )   PDF(250KB) ( )   较好的人工粘性需要满足较小的计算开销、不能去除真实具有的涡运动等条件.提出一种应用于拉氏数值模拟中基于Lew人工粘性,同时增加了限制器的人工粘性方法.可以有效减少数值模拟结果对网格的依赖;采用特征值限制器控制施加的人工粘性大小,通过限制器能够区分激波压缩和等熵压缩;方便应用在二维、三维,结构网格或者非结构网格上.

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多物质流体动力学方法与结构动力学方法结合的流固耦合计算技术 浦锡锋, 王仲琦, 白春华, 周刚 2010, 27(6): 833-839.  摘要 ( )   PDF(440KB) ( )   建立一种基于重叠网格空间覆盖判断的流固耦合计算技术,把流场计算的Euler多物质流体动力学计算过程和Lagrange结构动力学计算过程相结合以描述流固间的相互作用.介绍该计算技术的具体实现过程,讨论提高几何判断效率、避免耦合遗漏、流固计算时间步协调等处理技术.应用建立的流固耦合计算程序模拟爆炸容器中爆炸流场对容器内部结构、容器壳体的作用过程.计算结果表明其可以反映流场发展过程、流场结构相互作用和结构的运动变形和破坏过程.

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舰船水下接触爆炸数值研究 姚熊亮, 杨文山, 初文华, 明付仁 2010, 27(6): 840-846.  摘要 ( )   PDF(871KB) ( )   计及船体外板的材料强度,基于SPH算法建立水下接触爆炸数值模型,提出混合密度、广义光滑长度等解决数值模拟中计算崩溃的问题,对舰船的水下接触爆炸进行数值模拟,计算结果和冲击波基本理论及接触爆炸试验吻合良好.结果表明,接触爆炸时钢结构会产生圆形冲塞破口,其破口大小和炸药的厚度接近,当板与炸药的正则化厚度达1.8时,板仅会发生较大的塑性变形而不会冲塞破坏.并得到钢的反射系数约为1.2,及接触爆炸钢板的近似变形公式.

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气溶胶抛撒过程中首次破碎液滴的尺寸分布 石艺娜, 洪滔, 秦承森 2010, 27(6): 847-853.  摘要 ( )   PDF(376KB) ( )   对气溶胶爆炸抛撒过程中,首次破碎液滴的尺寸分布进行理论和数值研究.基于热力学第二定律的最大熵增理论,建立首次破碎过程满足的方程组约束条件,给出破碎后液滴尺寸分布的确定方法,并对Air-blast喷管实验和Samirant相关实验进行数值模拟预测,与实验数据符合较好.

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基于混合发展的超声速段射流式COIL的数值优化 吕俊明, 胡宗民, 姜宗林, 王强 2010, 27(6): 854-860.  摘要 ( )   PDF(344KB) ( )   应用CFD技术,发展三维多组分化学反应流计算程序,对采用超声速段射流方式的氧碘化学激光进行数值模拟,考察分解率与增益等参考变量的详细三维分布.计算结果说明,超声速区域的高速流动以及混合效率降低使COIL无法在有限空间内完成整个运转流程;提高碘含量以加快反应速度的手段导致主流无法提供足够的载能介质,无法形成合理增益.在不改变喷管长度的前提下,提出主流无载气方式的探索,结果证明了超声速段射流方式采用无载气主流配置的可行性与优势,通过减小气流速度保证混合与化学反应在光腔上游完成,在合理的流量配比下光腔位置处可得到1.3%cm-1的增益峰值.

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高速动能弹温度场数值模拟 陈新虹, 周志超, 赵润祥, 许厚谦 2010, 27(6): 861-868.  摘要 ( )   PDF(408KB) ( )   随着兵器发射技术和空气动力学技术的发展,动能弹的发射初速和飞行状态正从超声速向高超声速发展,由此产生了气动热问题.准确预测动能弹温度场是其气动力和热防护设计的关键技术.采用CFD预测温度场的方法,包括平衡流流动控制方程及差分格式,构造平衡流通量Jacob矩阵,在差分格式矢通量分裂过程中嵌入平衡流真实气体模型模拟温度场,获得平衡流气体状态方程.对典型高速动能弹热环境进行验证,考察方法的合理性.对设计的一种新型高超声速动能弹温度场进行数值模拟,为其气动设计及热防护提供了较可靠的数据.

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周期性轴对称凹槽结构隔声特性数值模拟 闫向宏, 苏远大, 孙建孟, 庄春喜, 张美玲 2010, 27(6): 869-876.  摘要 ( )   PDF(647KB) ( )   提出一种在钻铤上切割周期性轴对称凹槽方式构建隔声体,消除钻铤模式波的方法.结果表明,其隔声效果与凹槽深度H、长度L、凹槽数目N、凹槽截面形状以及钻铤壁厚有关.选择矩形截面凹槽、减小钻铤壁厚、增加凹槽深度都可有效提高隔声体的隔声效果,该结构最高可获得约36 dB的声衰减,基本满足随钻声波测井仪器对隔声效果要求.

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等离子体涂覆目标散射特性SARC FDTD方法分析 张玉强, 葛德彪 2010, 27(6): 877-882.  摘要 ( )   PDF(200KB) ( )   基于数字信号处理中的半解析递归卷积(SARC)算法,提出一种用于色散介质电磁特性分析的通用递归卷积时域有限差分方法(SARC FDTD),不仅具有绝对稳定性和高精度、低内存、高效率等优点,而且对于常见色散介质模型,具有统一的形式,计算时只需给出色散介质模型的极点和对应系数,使用方便,通用性好.通过算例验证了方法的有效性,并对有等离子体存在的目标电磁散射截面(RCS)进行了计算和分析.

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负离子对等离子体鞘层特性影响的数值研究 宫野, 段萍, 张建红, 邹秀, 刘金远, 刘悦 2010, 27(6): 883-890.  摘要 ( )   PDF(328KB) ( )   构造强电负性等离子体中平板电极处鞘层形成的模型,使用流体动力学方程组研究等离子体鞘层.得到空间电势、空间静电荷分布和鞘层宽度作为距离函数的数值结果.结果表明,强电负性鞘层中,在等离子体区和鞘层区之间几乎没有过渡的预鞘区,在靠近极板附近鞘层里的电子、负离子和正离子的分布形成一个纯正离子鞘区.在靠近鞘边附近,空间静电荷密度分布有一个很尖的峰.发现同电正性情形相比,强电负性鞘层的宽度要窄很多,空间电势下降得快得多.

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激光模场传递矩阵分析方法的精度控制 凌东雄, 张绍强, 王红成, 张梅 2010, 27(6): 891-897.  摘要 ( )   PDF(580KB) ( )   讨论激光模场的传递矩阵分析法,并对计算精度进行控制.结果表明,传递矩阵分析方法与传统的积分数值迭代法计算结果一致,只要合理控制计算精度,可以解决积分数值迭代法难于收敛的问题,满足激光谐振腔模场分析的实际要求.

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β-SiC单晶块体拉伸变形行为分子动力学研究 宗亮, 许晓静, 周海 2010, 27(6): 898-904.  摘要 ( )   PDF(907KB) ( )   用分子动力学方法研究面心立方SiC(β-SiC)、C元素置换掺杂β-SiC单晶块体体系[001]向拉伸变形行为,对体系的拉伸断裂微观机理和5×108/s,1×109/s,1×1010/s三种应变速率下的力学行为进行分析.发现当拉伸应变量达到某个临界值后,Si-C sp3,C-C sp3键会分别向Si-C sp2和C-C sp2弱键转化.形成一定量sp2键后,β-SiC内部出现孔洞并发生断裂.由于C-C sp3键比Si-C sp3键更易向sp2弱键转化,导致C元素掺杂会降低SiC的强度、弹性模量和拉伸断裂应变.此外还发现此三种应变速率不影响β-SiC的杨氏模量,但影响其拉伸强度.

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基于多个无标度区的多重分形分析方法 陈亦望, 徐鑫, 傅强 2010, 27(6): 905-911.  摘要 ( )   PDF(382KB) ( )   用计算机模拟生成了多重分形结构,通过对比分析结构的解析多重分形谱和配分函数法计算得到的多重分形谱,总结出多重分形谱可以描述结构在某一无标度区内生长规律的特性,发现结构的各个无标度区都具有研究价值,针对传统方法不能充分利用数据的缺陷,提出了基于多个无标度区的多重分形谱计算方法.

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头部分层球模型磁感应成像正问题的解析解 何为, 李倩, 徐征, 朱金华, 何阳光, 王磊 2010, 27(6): 912-918.  摘要 ( )   PDF(353KB) ( )   建立适用于磁感应成像正问题研究的头颅四层同心球模型,分别代表大脑、脑脊髓层、颅骨层和头皮层.以矢量磁位为变量,建立球坐标系下的亥姆赫兹方程,作为磁感应成像正问题的控制方程,用分离变量法求解亥姆赫兹方程,得到模型内矢量磁位的分布,进而推导出球内涡流场的分布特性,绘制出其等位线图.分析激励电流频率和幅值对感应电压的影响.仿真结果表明该解析方法可以计算磁感应成像正问题,并可作为生成逆问题灵敏度矩阵的一种快速算法.

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随机Ginzburg-Landau方程的数值模拟 王廷春, 郭柏灵 2010, 27(6): 919-926.  摘要 ( )   PDF(744KB) ( )   对随机Ginzburg-Landau方程进行数值研究,构造一个非线性差分格式和一个线性化差分格式.通过对确定性和随机Ginzburg-Landau方程的计算,表明所构造的格式具有较高的精度和较快的计算效率.对随机Ginzburg-Landau方程就噪声振幅的不同取值进行了数值模拟,并对由此引发的各种行为进行了描述.

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一类自治混沌系统的动力学分析与电路实现 王梦蛟, 曾以成, 徐茂林 2010, 27(6): 927-932.  摘要 ( )   PDF(271KB) ( )   分析讨论一类新的三维二次自治混沌系统.通过理论分析、数值仿真,计算系统的Lyapunov指数谱和Lyapunov维数,以及系统的分岔图等,对系统的基本动力学特性进行分析.设计实现该系统的混沌电路,建立系统参数和电路参数的对应关系,运用Pspice软件对电路进行仿真实验,证实分析的正确性.所讨论的系统不同于Lorenz系统、Rössler系统、Chen系统和Lü系统等,且电路实现很简单实用.

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混沌系统控制与同步的细菌觅食和差分进化混合算法 姜飞, 刘三阳, 张建科, 高卫峰 2010, 27(6): 933-939.  摘要 ( )   PDF(324KB) ( )   将混沌系统的控制与同步问题转化为函数优化问题,提出CDEM算法.把差分进化算法与细菌觅食算法相融合,提高DE算法的收敛性,并利用遗传变异算子保持种群多样性;利用CDEM算法求解混沌系统的控制与同步问题.以典型的离散混沌系统Hénon Map为例进行数值试验,结果表明算法有效、稳定,并分析各个参数对该算法的影响.

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互联网时滞对偶拥塞控制模型动力学特征的分析与计算 刘玉良, 张华, 朱杰 2010, 27(6): 940-946.  摘要 ( )   PDF(256KB) ( )   以互联网拥塞控制的一种时滞对偶改进模型为研究对象,应用标准形理论、中心流形定理和霍普夫分岔理论,从动力学角度研究互联网拥塞控制的分岔与稳定性分析方法.研究表明,模型的分岔与稳定性主要由通信时延决定,当通信时延超过临界值时模型产生分岔现象,使互联网的链路代价函数发生振荡.并得到该模型的分岔方向及分岔周期解等动力学特征的定量计算公式,为时滞对偶模型的设计提供理论依据.研究结论概括为两个定理,其正确性得到计算机仿真验证.